Когда зрительная информация противоречива, мозг вырабатывает единое решение

Ученые разработали новую модель, помогающую понять, как разные участки мозга взаимодействуют, когда зрительная информация неоднозначна или противоречива. Результаты показывают, что соседние области зрительной коры постоянно обмениваются сигналами, помогая мозгу прийти к согласованной интерпретации увиденного.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience, ученые из Cold Spring Harbor Laboratory, Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона изучили две взаимосвязанные области неокортекса — первичную зрительную кору (V1) и латеромедиальную зрительную область (LM).

Исследователи обнаружили, что, когда активность двух областей отражала совместимую информацию, общий нейронный паттерн сохранялся дольше. Если же активность этих участков противоречила друг другу, несоответствие исчезало за долю секунды. По мнению ученых, такая динамика может представлять собой механизм, с помощью которого мозг формирует единое представление перед тем, как сделать вывод о воспринимаемом объекте.

«Мы пытаемся понять, как настолько специализированные участки мозга могут взаимодействовать друг с другом и при этом обеспечивать единый, целостный результат», — объяснила Митра Джавадзаде, научный сотрудник Cold Spring Harbor Laboratory имени Синтии Р. Стеббинс.

Хотя разные отделы мозга получают и обрабатывают различные потоки сенсорной информации, они не работают изолированно. Например, области V1 и LM постоянно обмениваются сигналами в обоих направлениях, что позволяет им координировать свою работу.

Как ученые проверяли работу зрительной цепи

Чтобы изучить этот механизм, исследователи обучили мышей различать два зрительных паттерна, наклоненных под разными углами. Животные получали вознаграждение, если выбирали правильную ориентацию.

Во время выполнения задания ученые временно подавляли активность либо V1, либо LM и наблюдали, как в это время менялась работа другой области. Для построения моделей двух участков мозга исследователи зарегистрировали активность 194 нейронов V1 и 228 нейронов LM у семи мышей.

Затем ученые создали модель цепи V1–LM с помощью искусственной нейронной сети и смоделировали ее реакцию на манипуляции с отдельными нейронами.

Моделирование показало четкую разницу между противоречащими и согласованными сигналами. Нейронная активность, отражавшая несогласие между V1 и LM, быстро затухала, тогда как паттерны активности, общие для обеих областей, сохранялись.

Исследователи называют этот процесс «формированием консенсуса» — механизмом, при котором взаимодействие между участками мозга постепенно способствует сохранению согласованных паттернов активности.

Работает ли этот механизм во всем мозге?

Исследование было посвящено зрительной системе, однако теперь ученые выясняют, может ли аналогичный принцип действовать и в других областях неокортекса.

В частности, они хотят понять, использует ли мозг похожий механизм, когда информация от разных органов чувств не совпадает. Например, ученые планируют выяснить, помогают ли такие взаимодействия согласовать то, что человек видит, с тем, что он слышит.

Если окажется, что этот механизм широко распространен, он может помочь лучше понять, как мозг объединяет информацию, поступающую из специализированных областей, а также что происходит, когда эти области не могут прийти к единой интерпретации окружающего мира.

Результаты могут оказаться полезными и для развития искусственного интеллекта, системы которого также должны объединять неполную или противоречивую информацию.

«Хотя мы понимаем отдельные строительные блоки мозга, что же объединяет их в единое целое?» — задается вопросом Джавадзаде. По ее словам, понимание этого механизма может наконец помочь объяснить, как работает мозг в целом.